基于OBE理念的新工科大学计算机一流课程建设研究

李佳

关键词：新工科；一流课程建设；计算赋能；OBE

近年来，互联网+、人工智能、5G通信等新技术的发展，新兴产业已经成为国家战略目标。在以信息技术创新性革命为主要特征的社会转型阶段，传统的应用技术型人才已经不能满足新经济发展的迫切需要，高等工程教育需要培养新工科人才[1]。随着近五年来国家统筹推进“双一流”建设，我国工程教育专业认证体系实现了与国际接轨，为新工科教育提供了良好的发展环境[2]。

自20世纪90年代起，我国所有高等院校面向所有的大一新生开设大学计算机课程。该课程是学生在高等教育阶段接触的第一门计算机课程，具有启发性和导论性的特点，属于培养学生信息素养的通识类课程[3]。新时代、新形势下，大学计算机课程的教学改革需要在面向计算思维能力和工程思维能力两个维度下，由以知识技能为中心转向计算赋能[4-5]。本文探索构建符合新工科需求和一流课程标准的大学计算机课程教学的有效实施路径。

1 基于OBE 理念构建新工科大学计算机课程设计思路

2018年8月，为提高我国高等教育阶段课程教学质量，教育部提出“一流课程”的建设标准，即要求课程符合创新性、高阶性和挑战度。然而，很多教师把传统教学内容的网络化和视频化作为课程的创新性。这种方法虽然提升教学信息化水平，究其本质仍是以知识为中心的传统教育方式，缺乏对课程教学目标宏观规划和设计。课程改革需要基于OBE（Outcomes- based Education，成果导向）教育理念，遵循新工科教育内涵，才能契合“以学生为中心”教学初心，有效组织推进课程实施过程，提升课程教学质量。

1.1 OBE 教育理念内涵

OBE教育理念发源于20世纪70年代的美国，与传统教育理念不同，OBE教育理念不是以课程结构为中心，而是更注重学生个性化培养和学习过程体验。教学的时间资源和空间资源不再是固有的内容，而应该能够根据学习者的需求，提供可以支持个性化选择的课程资源。OBE教育理念下，教学评价方式不是唯分数论的，而是根据课程教学目标制定出清晰可定义的教学评价标准，多元化的评价方式有利于学生可持续成长和发展[6]。

1.2 基于OBE理念构建新工科大学计算机课程设计框架

利用OBE教育理念指导课程的教学改革实践，是实施成果导向教育的重要环节。国内已有很多学者将OBE理念应用到大学计算机课程中的实现途径，杜文洁提出在大学计算机课程教学中根据学生基础和专业，进行分层次差异化的教学模式[7]；卢爱臣提出在教学设计和实施过程，以CDIO项目牵引知识，培养学生计算思维、工程思维和系统思维的能力[8]；屈微提出结合计算机竞赛，开展CDIO-OBE模式的计算机实践教学[9]；张玉认为在计算思维课程引入OBE理念，有利于培养学生计算思维、创新思维和自主学习能力[10]。将OBE教育理念融入新工科教育中，需要经历“学校- 院系-专业-课程”四个层面的落实，即从课程顶层设计、课程资源建设、教学实施过程和学习成果评价四个方面进行顶层设计[11-12]。

以新工科教育为方向，遵循OBE理念和CDIO思想，完成大學计算机课程顶层设计，需要明确教学目标、课程目标、课程资源和教学过程，如图1所示。课程的顶层设计过程中，课程构想阶段，需要依据教育目标，制定符合新工科教育要求的课程教学大纲。课程设计阶段，借助智慧教学平台，实现课程资源信息化、网络化。课程的实施阶段，在教学过程中，利用混合教学模式及现代化教学手段，落实个性化培养教学模式。课程的运作阶段，采用过程化考核模式，可以对学生学习成果进行的多维度评价。课程的全教学过程，遵从“以生为本”的教育思想，培养具有计算赋能的复合型应用人才。

大学计算机课程目标不能局限于对计算学科知识点的教学，而是将课程目标定位在解决问题的方法和能力上面，即以培养学生计算思维能力、工程思维启蒙和必要计算学科知识传授。课程的教学目标应具备高阶性和先进性，既能让学生看到未来，又能让学生得到现阶段解决问题的方法。课程的授课内容围绕计算学科根基性知识、经典理论和算法作为，将计算思维和工程思维通过经典的教学案例渗透给学生。作为通识类课程，本课程的师资队伍建设也应该具备多学科背景。为了满足多层次学生需求，通过引入MOOC资源来拓展课程内容的深度和广度。根据专业特点和学校特色构建课程的SPOC资源，来实现个性化教学的目标。避免学生重理论轻实践的情况发生，课程需要加入实验实践教学环节，采用通识度强的虚拟实验案例，录制专业特色教学案例，这些可作为学生选学或课外拓展教学资源。课程具体教学过程中，可以采用线上线下混合教学模式，充分利用线上学习平台，创建课程资源、落实日常教学任务、开展师生互动和生生互动，利用数据分析获取学生学习质量，帮助教师了解学情。

2 面向新工科建构大学计算机一流课程改革措施

一流课程建设是深化新工科建设水平，推进高校教育质量发展的关键。2020年吉林化工学院大学计算机课程获批首批国家级线上线下混合式一流本科课程。为进一步提升本课程的教育内涵，课程组再度优化教学内容，创新教学模式，构思教学活动，探索出适用当前教育形势的“MOOC+SPOC+翻转课堂”的新型课程模式。

2.1 利用两个平台打造线上线下混合教学模式的在线学习空间

将中国大学MOOC平台和学习通在线平台，作为开展“MOOC+SPOC+翻转课堂”混合教学模式的课程教学空间，引入了哈尔滨工程大学的国家级一流在线课程大学计算机——计算思维导论，创建了本校SPOC教学空间。中国大学MOOC平台上的教学空间对原有MOOC资源进行了重构，删减了一部分教学内容，增加了具有本校专业特色的计算思维案例资源，并开放了讨论区，供全校学生进行在线讨论和交流。

课程组利用学习通平台，以教材章节为线索，发布课程相关视频资源、课件、习题和阅读资料等多媒体教学内容，形成了一套覆盖全课程教学，连接线上和线下教学活动的在线智慧教学空间。

2.2 设计新工科实践案例形成新工科实验体系

设计和创建课程的实验实践教学环节，分为虚拟实验和工程教育两个方向。虚拟实验的教学是让学生体会计算思维，思考和模拟计算机解决问题的过程。工程教育偏向前沿技术，介绍工程案例中常见的解决问题方案，个别案例中增加程序设计任务，激发学生学习兴趣。

对于零编程基础的大一新生，引入程序设计案例，一方面锻炼学生的实践能力，另一方面也是课程挑战度的体现。课程选择Python程序设计语言作为编程工具，因为Python语言是目前最接近人类自然语言的编程工具，易于学生理解和掌握。为了让学生完成程序设计任务，课程资源提供了多种保障措施。首先，为相关的实验提供了该实验所需必要的Python语法。其次，将实验过程分解成不同的小任务，引导学生完成实验任务。最后，设计相关讨论题目，让学生总结归纳案例中的计算思维，留置疑问引导学生创新。

2.3 多元化教学活动融合线上线下混合教学过程

课程遵循BOPPPS教学模型，实施和推进每个知识单元的线上线下混合教学进程。通过学习通智慧教学平台上的多元化教学活动，融合了线上教学空间和线下教学空间。针对具体的知识单元，教师根据教学内容为学生发布导学方案，让学生带着问题去阅读线上教学资源。教师针预习内容设计讨论题或者测验，获取学生的疑问和知识误区，并以此为依据设计线下精讲阶段教学内容，从而达到以学生为中心的线下精讲教学课堂。线下教学也可以采用翻转课堂方式，由学生分享预习成果，增加了师生和生生交流，发生了学生主动学习行为，促进学生深度思考。课后，通过学习通平台发布作业或小组任务，鼓励学生总结和讨论，教师通过讨论和回帖的方式，实现个性化的指导。

针对课程的实验教学部分采用了PBL教学模型，分为教师引领型PBL实验任务和学生自主型PBL实践任务。教师引领型PBL实验任务，是以知识单元为单位开展，用以帮助学生理解理论内容的实验环节。此部分内容，通过案例驱动实验教学，将实验任务分解为多层级的教学活动，由师生共同完成。学生自主型PBL实践任务，是一种综合性的实践任务，通过小组合作的方式，由学生进行自由探究。此部分内容，以小组为单位对课程中所学内容进行总结和分享，学生可以讲解对某部分知识点的理解，也可以为解决某个问题提供解决方案，或者通过某个算法去求解问题的答案。此部分内容，锻炼了学生实践创新能力，表达能力，团队合作能力，从而加强学生思辨能力和工程能力的培养。

2.4 借助课程思政打造有情怀的课堂

课程组围绕资源建设课程，凭借特色育人育才教学目标，实施全方位的大学计算机课程思政建设路径。课程以新工科和计算学科为背景，充分挖掘课程思政元素，并将思政元素润物无声地融入课程线上线下教学资源中，积累了集知识、能力、素养三位一体的课程教学大纲、典型教学案例设计、课程教案等系列教学资源，完成了适应新工科建設需要的课程在线资源建设，也积累了课程思政素材库、特色资源微课视频库。

思政元素，并将思政元素润物无声地融入课程线上线下教学资源中，积累了集知识、能力、素养三位一体的课程教学大纲、典型教学案例设计、课程教案等系列教学资源，完成了适应新工科建设需要的课程在线资源建设，也积累了课程思政素材库、特色资源微课视频库。